Строение атмосферы и параметры стандартной атмосферы. Общие сведения о пилотажно-навигационных параметрах.

Пилотажно-навигационные приборы и измерительные системы обеспечивают экипаж и технические средства управления полетом информацией, необходимой для решения задач самолетовождения. Под самолетовождением понимают комплекс действий экипажа и работников наземных технических служб движения, направленных на обеспечение наибольшей точности выполнения полета ЛА по установленной трассе (маршруту) и осуществление его посадки в заданное время. Поэтому для решения задач самолетовождения необходимо определять, в первую очередь, значения параметров, характеризующих полет ЛА.

Полет ЛА как движение твердого тела в пространстве состоит из поступательного движения центра масс ЛА по заданной траектории и углового движения относительно центра масс.

Рис. 1. Прямоугольные системы координат. а-земная; б – нормальная

Для описания траекторий полетов на небольшие расстояния, а также при взлете и посадке применяются местные системы координат (например, декартова прямоугольная система координат O₀ X₀ YZ₀(рис. 1).Для описания траекторий полетов на значительные расстояния в основном используются географическая и ортодромическая системы координат, которые предполагают сферическую модель Земли (рис. 2).

В каждый i-ый момент времени положение центра массы ЛА в декартовой системе координат будет определяться линейными координатами: Н — высотой полета, L — пройденным расстоянием и Z — боковым отклонением (рис. 1, а).В географической системе координат положение центра масс ЛА определяется, кроме Я, широтой Ф и долготойКполета, в ортодромической - Н — высотой, ф_орт — ортодромической широтой и Хорт — ортодромической долготой.

При построении мар­шрутов самолетов используют частноортодромические системы координат (рис. 3.1, б), начало которых совмещают с конечным пунктом каждого участка полета. Связь между угловыми и линейными параметрами ортодромической системы координат для определения места положения (МП) самолета следующая:

S_орт = [π (R₃ + H)/180⁰ ]λ_орт ; Z_орт = [π (R₃ + H)/180⁰ ]φ_орт,

где, Rа – радиус Земли.

Рис. 2. Глобальные системы координат: а) - геосферическая; б) - ортодромическая

За высоту полета Н принимают расстояние от некоторого уровня, принятого за нуль, до ЛА, отсчитанное по вертикали. В зависимости от выбранного уровня отсчета различают:

- абсолютную высоту (Н_а6с), когда за начало отсчета принимается уровень моря с параметрами стандартной атмосферы (СА): давление Р = 760 мм рт. ст. = 101325ПА, температураТ_о = 288,15 К, плотность ρ₀ = 1,225 кг/м³, ускорение свободного падения g₀ = 9,80665 м/с², скорость звука

а = 340,294 м/с;

- относительную высоту, когда за начало отсчета принимают уровень места взлета или посадки;

- истинную высоту, отсчитываемую от той точки земной поверхности, над которой пролетает ЛА.

Основные составляющие атмосферы Земли – азот и кислород. Остальные газы: водяной пар, углекислота, неон, метан, водород и другие – составляют около 1 %. Давление атмосферы на уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.

Параметрыстандартной атмосферы соответствует температуре воздуха 15,0°С, относительной влажности f = 0 %, плотности ρ = 1,225 кг/м³.

Атмосфера Земли состоит из ряда слоев – тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы, экзосферы:

Рис. 2. Строение атмосферы

Таблица №1. Параметры атмосферы

Их разделяют промежуточные слои атмосферы – тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза. В мезопаузе, на высоте 85 км, находится температурный минимум. Здесь же наблюдаются серебристые облака.

По уровню ионизации, электропроводности и способности отражать и поглощать радиоволны в атмосфере выделяют еще несколько слоев. Слой атмосферы, заключенный между высотами 100 и 1000 км, называют ионосферой. Положение и интенсивность слоев ионосферы меняется ото дня к ночи и в зависимости от изменений солнечной активности. Максимальная концентрация свободных ионов в ионосфере составляет (2–50)∙10⁵ см^–3 и достигается на высотах 250–400 км от поверхности Земли.

Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу фреона и других активных веществ, его количество резко уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.